Электронное строение нанокомпозитов на основе
advertisement
ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР Вербицкий Николай Иванович (факультет наук о материалах МГУ) 1. Предложена и успешно реализована методика заполнения каналов ОСНТ из расплава, позволившая сформировать нанокомпозиты X@ОСНТ с упорядоченной структурой и достичь высоких степеней заполнения нанотрубок. Впервые синтезированы нанокомпозиты TbBr3@ОСНТ, TbI3@ОСНТ, RbAg4I5@ОСНТ. 2. Установлена взаимосвязь между составом, строением и свойствами нанокомпозитов, формируемых внедрением кристаллов галогенидов металлов во внутренний канал ОСНТ. Выявлено химическое связывание внедренного нанокристалла и ОСНТ, реализуемое путем формирования обобществленных локализованных электронных состояний между dорбиталями металла и 2pz-орбиталями углерода. 3. Показано отклонение электронной структуры X@ОСНТ от модели жестких зон. Внедрение галогенидов металлов во внутренние каналы нанотрубок приводит к акцепторному допированию ОСНТ и соответствующему переносу заряда (до 0.047 e/С). Показано, что электронная структура композитов определяется различием работ выхода электрона ОСНТ и материала модификатора. 4. На примере CuI@ОСНТ исследовано взаимодействие внедренного 1D кристалла с нанотрубками различных диаметров (1.3 – 2.0 нм). Показано, что атомная структура внедренного кристалла определяется диаметром ОСНТ. Установлено, что формирование химической связи путем перекрывания Cu3d- и C2pz-орбиталей наблюдается вне зависимости от диаметра ОСНТ, а степень взаимодействия нанокристалла и нанотрубки возрастает с увеличением диаметра c 0.026 до 0.039 e/C для трубок с диаметрами 1.5-2.0 нм. Изучение химической структуры и электронного строения нанокомпозитов на основе графена, графита и ОСНТ показало, что возникновение химической связи наблюдается только в случае одномерного кристалла, внедренного в канал ОСНТ. В случае двумерных пленок взаимодействие модификатора и углеродного листа ограничивается переносом заряда за счет разности работ выхода электрона. 5. На основании анализа широкого спектра нанокомпозитов X@ОСНТ показано, что изменение электронной структуры ОСНТ при интеркаляции во внутренний канал определяется степенью перекрывания C2pz-орбиталей и зависит от частичного заряда на внедренном нанокристалле. На основании данной модели установлены и объяснены основные корреляции электронной структуры ОСНТ с атомными параметрами и электронным строением внедряемых веществ: • степень заполнения ОСНТ и сужение энергетического зазора между сингулярностями ван Хова пропорциональны несоответствию диаметров нанокристалла и нанотрубки (R2=0.87 (E11M), R2=0.85(E22S)); •уменьшение расстояния между сингулярностями ван Хова (до 20%) и, соответственно, степень отклонения от модели жестких зон определяется величиной потенциала на трубке вследствие взаимодействия с внедренным кристаллом и различием работ выхода материалов; •сдвиг G-моды в КР-спектрах пропорционален переносу заряда на трубку вследствие уменьшения перекрывания C2pz орбиталей. 6. На основании данных о контактном взаимодействии и химическом связывании низкоразмерных углеродных наноструктур с допантом впервые предложен и успешно реализован синтез нового неорганического материала – эпитаксиального полупроводнике графен/Ge/Ni. квази-свободного графена на
